【正文】 （）式中，k—波爾茲常數(shù)； q—電子電荷絕對值。此外還考慮到了系統(tǒng)設(shè)計中所遇到的干擾和消除干擾的方式，為系統(tǒng)進一步的設(shè)計做好了準備。本章中確定了系統(tǒng)的設(shè)計總體方案，溫度檢測所用到的方法，單片機應(yīng)用系統(tǒng)的研制方案。1）電源供電系統(tǒng)為了克服電網(wǎng)以及自本系統(tǒng)其他元件的干擾，可采用隔離變壓器、交流穩(wěn)壓、線濾波器、穩(wěn)壓電路各級濾波等防干擾措施?？垢蓴_措施在硬件電路設(shè)計中顯得尤為重要。顯示部分為發(fā)光二極管、熒光管及其它顯示器提供了按掃描方式工作的顯示接口，它為顯示器提供多路復用信號可顯示多達16位的字符或數(shù)字由于顯示所需電流比8279輸出的電流要大，所以在顯示器前端用7407驅(qū)動器對8279的輸出電流進行放大。鍵盤部分提供掃描工作方式，可以和具有64個按鍵和傳感器的陣列相連。8279芯片是一種專用于鍵盤、顯示器的接口器件，它能對顯示器自動掃描，能識別鍵盤上閉合鍵的鍵號，提高CPU的工作效率。在此儀器的設(shè)計中，LED顯示器的顯示方式采用的是動態(tài)顯示方式。如此輪流，使每位分時顯示該位應(yīng)顯示字符。要想每位顯示不同的字符，就必須采用掃描方法輪流點亮各位LED，記載每一瞬間只使某一位顯示字符。在電路中為8279擴展工/0控制的8位共陰極LED動態(tài)顯示接口電路。LCD和CRT器可進行圖形設(shè)計，但接口比較復雜，成本也較高。液晶顯示器LCD (Liquid Crystal Display)。控制可用位控方式，也可用D/A轉(zhuǎn)換方式等。 A/D轉(zhuǎn)換器硬件與單片機連接的方式若A/D轉(zhuǎn)換器中帶鎖存器，可與單片機直連；若A/D片中不帶鎖存器，則在單片機與A/D之間要家鎖存器（），如74LS373等。2 硬件轉(zhuǎn)換方式——直接用A/D器件，其特點是速度快、價格高、硬件簡單。轉(zhuǎn)換方式可分為兩種：1 軟件轉(zhuǎn)換方式——用A/D器件加上軟件實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。位數(shù)越多，精度越高，價格也越高，應(yīng)用時根據(jù)精度要求選用。速度最快，但成本高。速度高。精度高，速度慢，能消除干擾和電源噪聲。速度慢，結(jié)構(gòu)簡單，價格低。這些芯片雖然具有精度好、分辨率高，使用方便等優(yōu)點，但價格很高，增大了系統(tǒng)成本，為此可使用各種A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)構(gòu)成廉價的A/D。本設(shè)計中選用了AD521，它是美國AD公司生產(chǎn)的第二代單片集成精密儀表放大器。它的共模抑制比大，適用于在大的共模電壓背景下對微小差模信號的放大。測量放大器的輸入阻抗高，易于與各種信號源相匹配?？刹捎?2h或24h方式計時，采用雙電源(主電源和備用電源)供電，可設(shè)置備用電源充電方式，芯片為8引腳小型DIP封裝包括A/D接口、D/A接口、LED顯示器接口等。本系統(tǒng)采用一片DALLAS公司生產(chǎn)的串行實時時鐘芯片DS13 02和兩片Intel公司的E2PR OM2 864芯片。需測量現(xiàn)場集成溫度傳感器共射極放大器多路開關(guān)轉(zhuǎn)換采樣保持A/D單片機系統(tǒng)顯示打印控制 單片機用于測量控制系統(tǒng)原理示意圖 時鐘電路設(shè)計、接口設(shè)計在許多的單片機系統(tǒng)中，通常進行一些與時間有關(guān)的控制，這就需要使用實時時鐘。因此，在過程控制及微機進行數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)中，必須首先把模擬量變成數(shù)字量。單片機一般分為51系列和52系列，本次設(shè)計用到的是52系列即8051單片機。選擇器件時應(yīng)考慮其性能是否滿足設(shè)計需求，是否具有良好的技術(shù)支持和文檔支持，是否具有良好的性價比等，其核心是單片機的選型。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學習、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。 選擇單片機器件單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。AD590測量熱力學溫度、攝氏溫度、兩點溫度差、多點最低溫度、多點平均溫度的具體電路，廣泛應(yīng)用于不同的溫度控制場合。AD590共有I、J、K、L、M五檔，其中M檔精度最高，在55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為177。（4）輸出電阻為710MW。電源電壓可在4V~6V范圍變化，電流 變化1mA，相當于溫度變化1K。（2）AD590的測溫范圍為55℃～+150℃。AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源。電壓型集成溫度傳感器一般是三線制，其溫度系數(shù)約為10mV/℃，電流 型集成溫度傳感器一般為兩線制， mV/K，常用的有LM134/23TMP1AK590、AD592等，電流型傳感器信號適合于遠距離傳輸而無衰變。集成溫度傳感器實質(zhì)上是一種半導體集成電路，它是利用晶體管的be結(jié)壓降的不飽和值VBE與熱力學溫度T和通過發(fā)射極電流I的下述關(guān)系實現(xiàn)對溫度的檢測： 式中，k—波爾茲常數(shù)； q—電子電荷絕對值。需注意寄生熱電勢及動圈式儀表電阻對測量結(jié)果的影響其 他20～1100～熱電阻鉑260～600～精度及靈敏度均較好，需注意環(huán)境溫度的影響鎳150～300～銅0～180～熱敏電阻50～350～體積小，響應(yīng)快，靈敏度高，線性差，需注意環(huán)境溫度影響 非接觸式輻射溫度計800～35001非接觸測量，不干擾被測量度場，輻射率影響小，應(yīng)用簡便光高溫度計700～30001熱探測器200～20001非接觸測溫，不干擾被測溫度場，響應(yīng)快，測溫范圍大，適于測量溫度分布，易受外界干擾，標定困難熱敏電阻探測器50～32001光子探測器0～35001其他示溫涂料碘化銀，二碘化貢，氯化鐵，液晶等35～20001測溫范圍大，經(jīng)濟方便，特別適于大面積連續(xù)運轉(zhuǎn)零件上的測量，精度低，人為誤差大 常用的測溫方法、類型及特點 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程[14]單片機應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程如圖所示。各種溫度測量方法各有自己的特點和各自的測量范圍，常用的測溫方法、。該溫度測量儀可以實現(xiàn)溫度的測量，數(shù)據(jù)的顯示、儲存以及日歷時間的顯示。 系統(tǒng)功能根據(jù)設(shè)計要求，系統(tǒng)的主要內(nèi)容（功能）如下：（1） 根據(jù)要求設(shè)計時鐘并顯示；（2） 自動檢測溫度并顯示；（3） 用LED顯示方式；（4） 溫度以℃為單位； 系統(tǒng)總體設(shè)計方案將集成溫度傳感器AD590（0℃）因溫度變化，導致電流變化（℃），經(jīng)OPA轉(zhuǎn)換為電壓變化輸入ADC0804，輸入電壓Vin（0～5V之間）經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換之后，其值由8751處理，最后將其顯示在D4，D3，D2，D1共四個七段顯示器。4 對該儀器的功能進行了初步認定，從原理和實際意義上分析了該儀器的測量誤差。2 根據(jù)實際測量要求制定出一次儀表一傳感器的選擇、使用和安裝方案。再在軟件上模擬實現(xiàn)要求的功能，調(diào)試出結(jié)果。在回顧了單片機發(fā)展歷史，分析了其分類和特點之后，重點介紹了單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，為下一步課題設(shè)計做了充分的準備。詳細的開發(fā)過程可以參閱有關(guān)的資料。軟件調(diào)試完成后再進行軟、硬聯(lián)機調(diào)試直至最后生成可用的軟、硬件系統(tǒng)。也可采用高級語言編程。軟件的主要任務(wù)是定義系統(tǒng)功能，軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，畫出程序結(jié)構(gòu)框圖及各功能的程序框圖，逐個編寫程序。各個階段所完成的主要工作概述如下：總體設(shè)計主要包括確定技術(shù)指標，機型及器件選擇，軟、硬功能劃分等。在系統(tǒng)的研制過程中，軟硬件的功能總是在不斷地調(diào)整，以便相互適應(yīng)，相互配合，以達到最佳性能價格比。硬件指單片機、擴展的存儲器、輸入輸出設(shè)備、控制設(shè)備、執(zhí)行部件等組成的系統(tǒng)，軟件是各種控制程序的總稱。2） 應(yīng)用系統(tǒng)研制進程所謂應(yīng)用系統(tǒng)，就是利用單片機為某應(yīng)用目的而設(shè)計的單片機專用系統(tǒng)（在調(diào)試過程中通常稱為目標系統(tǒng)）。④ 完成總體設(shè)計，完成各分課題的任務(wù)，組成計算機應(yīng)用系統(tǒng)。③ 提出各分課題的設(shè)計方案。分析所接受任務(wù)的技術(shù)關(guān)鍵，論證能否用計算機來解決，有沒有別的途徑，用計算機合算與否，用什么計算機等等。無論是制作智能儀表還是研制工業(yè)控制系統(tǒng)都要對應(yīng)用對象的工作過程進行深入調(diào)查和分析，了解課題的目的要求、信號的種類和數(shù)量、應(yīng)用的環(huán)境等等，要把課題最終的指標明確下來。有關(guān)單片機應(yīng)用系統(tǒng)的一般開發(fā)、研制方法論述如下：1） 組成單片機應(yīng)用系統(tǒng)的基本方法用單片機組成應(yīng)用系統(tǒng)時，實際問題的領(lǐng)域很寬，要求各不相同，組成的方案也千差萬別，很難有一個固定的模式適應(yīng)一切問題，但考慮問題的基本方法大體相似。 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計[10]單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計（開發(fā)）的最終目的是能把它應(yīng)用到實時控制系統(tǒng)以及儀器儀表、家用電器、汽車制造、醫(yī)療器械等各個領(lǐng)域。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機通過軟件方法來實現(xiàn)了。 綜合所述，單片機已成為計算機發(fā)展和應(yīng)用的一個重要方面。單片機將使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。(5)單片機在這種系統(tǒng)中往往作為一個終端機，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點上，對現(xiàn)場信息進行實時的測量和控制。單片機在分布式多機系統(tǒng)中的應(yīng)用 在比較復雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機系統(tǒng)。單片機的實時數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，可使系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。單片機在實時控制中的應(yīng)用 單片機廣泛地用于各種實時控制系統(tǒng)中。單片機作為產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它的體積小、可靠性高、功能強等優(yōu)點，可大大提高機器的自動化、智能化程度。(2)單片機在機電一體化中的應(yīng)用 機電一體化是械工業(yè)發(fā)展的方向。(1)2） 單片機的應(yīng)用單片機的應(yīng)用范圍很廣，可以說覆蓋了所有領(lǐng)域。另外，其體積小，對于強磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合于在惡劣環(huán)境下工作。(5) 集成度及可靠性高單片機的系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。單片機大量應(yīng)用于攜帶式產(chǎn)品和家用消費類產(chǎn)品，低電壓和低功耗的特性尤為重要。單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次微型計算機。單片機是電子計算機這個龐大家族中的一個特殊品種，體積雖小，但“五臟俱全”，它非常適用于專門的控制用途。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。另外，其體積小，對于強磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。 單片機另一個顯著特點是量大面廣，因此世界上個大公司提高單片機性能的同時，進一步降低價格，性能/價格之比是各公司競爭的主要策略（2）集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機盡可能把應(yīng)用所需要的存儲器，各種功能的I/O口都繼承在一塊芯片內(nèi)，使之成為名副其實的單片機。 單片機的特點和應(yīng)用1） 單片機的特點（1）有優(yōu)異的性能價格比。 顯然，上述分類并不是惟一的和嚴格的?？刂菩?家電型 這是按照單片機大致應(yīng)用的領(lǐng)域進行區(qū)分的?？偩€型單片機普遍設(shè)置有并行地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線，這些引腳用以擴展并行外圍器件都可通過串行口與單片機連接，另外，許多單片機已把所需要的外圍器件及外設(shè)接口集成一片內(nèi)，因此在許多情況下可以不要并行擴展總線，大大減省封裝成本和芯片體積，這類單片機稱為非總線型單片機。2.通用型/專用型 這是按單片機適用范圍來區(qū)分的。根據(jù)目前發(fā)展情況，從不同角度單片機大致可以分為通用型/專用型、總線型/非總線型及工控型/家電型。隨著單片機在各個領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強運算能力的8位/16位/32位通用型單片機，以及小型廉價的專用型單片機。Intel公司推出的MCS – 96系列單片機，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機的微控制器特征。 ③體現(xiàn)工控特性的位地址空間及位操作方式。MCS51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機的總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有很多機通信功能的串行通信接口。它在以下幾個方面奠定了典型的通用總線型單片機體系結(jié)構(gòu)。 （2）第二階段（19781982）單片機的完善階段。這就是SCM的誕生年代，“單機片”一詞即由此而來。以Intel公司的MCS48為代表。嚴格的說，對單片機目前還沒有嚴格確切的定義。一種是全輻射高溫計，它的原理是物體吸收熱輻射后 ，視物體本身的性質(zhì)，能將它吸收、透過或反射。(4) 利用熱輻射原理制成的高溫計。(3) 利用熱阻效應(yīng)技術(shù)制成的溫度計。熱電偶發(fā)展較早，比較成熟，至今仍為應(yīng)用最廣泛檢測元件之一。(2) 利用熱電效應(yīng)技術(shù)制成的溫度檢測元件。隨著國內(nèi)外工業(yè)的日益發(fā)展，溫度檢測技術(shù)也有了不斷的進步，目前的溫度檢測使用的溫度計種類繁多，應(yīng)用范圍也較廣泛，大致包括以下幾種方法：(1) 利用物體熱脹冷縮原理制成的溫度計。(3) 向智能化、集成化、適用化方向發(fā)展。(2) 加強新原理、新材料、新工藝的開發(fā)。根據(jù)上述要求，國內(nèi)外溫度儀表制造商將向以下幾方面發(fā)展[1]。(6)標定自動化。溫度儀表向數(shù)字化方向發(fā)展。又如移動物體和高速旋轉(zhuǎn)物體的測溫、鋼水的連續(xù)測溫 、 火 焰溫度檢測等。(4) 適應(yīng)特殊環(huán)境的測溫。利用老的檢測技術(shù)生產(chǎn)出適應(yīng)于不同場合、不同工況要求的新型 產(chǎn) 品 ，以滿足于用戶需要。應(yīng)用 范 圍 己經(jīng)從工業(yè)領(lǐng)域延伸到環(huán)境保護、家用電器、汽車工業(yè)及航天工業(yè)領(lǐng)域 。(2) 擴大測溫對象?，F(xiàn)在工業(yè)上通用的溫度檢測范圍為一200^30000C，而今后要求 能 測 量超高溫與超低溫。 國內(nèi)外溫度檢測技術(shù)的發(fā)展動向隨著工業(yè)生產(chǎn)效率的不斷提高，自動化水平與范圍也不斷擴大，因而對溫度檢測技術(shù)的要求也愈來愈高，一般可以歸納以下幾方面。熱輻射高溫計通常分為兩種:一種是單色輻射高溫計 ，一般稱光學高溫計。用此技術(shù)制成的溫度計大致可分成以下幾種: 電 阻 測溫元件、導體測溫元件、陶瓷熱敏元件。 熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、測量范圍寬、精度高、熱慣性小等特點，因此廣泛作為溫度傳感器的敏感元件。利用此技術(shù)制成的溫度檢測元件主要是熱電偶。利用此原理制成的溫度計大致分成三大類 : 玻璃溫度計、雙金屬溫度計、壓